文档介绍：2012年全国大学生电子设计竞赛
TI杯模拟电子系统设计专题邀请赛
2012 National Undergraduate Electronic Design Contest
Ti Cup Analog System Design Invitational Contest
设计报告
参赛题目: 简易电子秤(B题)
参赛队员: 高小星李浩佟亚波
队伍编号: B-46
日期: 2012年 8 月 29 日
简易电子秤(B题)
摘要
由电阻应变片组成的称重传感器输出的是很微弱的直流信号。需要通过后面的信号调理电路把极其微小的直流信号抽取出来,然后通过ADC采集直流电压值,送至处理器处理。处理器通过软件补偿把电子称称出来的重量在液晶上显示出来,误差不大于1%。除此以外,本作品强调了电子秤的自适应性和自校准能力。
关键词:电阻应变片称重传感器直流小信号软件补偿自适应自校准
系统方案
本题目要求使用现场所提供的电阻应变片称重传感器、运算放大器等器件,设计并制作一简易电子秤。从技术上分析,题干一共提出了两类基本要求,一类是针对硬件:称重稳定时间小于5秒,测量结果精度小于1%***@10~200g;另一类是针对软件:“去皮”功能、计价功能、“休眠”与“唤醒”功能、参数检查功能、显示与按键接口功能等。
在硬件上,该电阻应变片传感器使用压敏电阻将压力量转换为电学量,由于平衡电桥结构和压敏电阻的特性,其电压输出与所受的压力成近似线性关系。本题要求测量出这块称重传感器的特性,进而通过其它方法补偿其非线性实现在10~200g范围内的较高精度测量。由于该称重传感器本身的特点,,所以,对于该直流小信号的处理将成为本课题的关键。除此之外,“全称重范围内精度小于1%”也值得关注,可能需要考虑分段处理,及具有“自适应”特性。
在软件方面,除了题目已经提及的几项以外,也可以考虑增加“开机自检”功能、“自校准”功能等。“开机自检”主要检查各个模块是否正确安装并且正常工作,检查工作电压是否在允许范围内等。“自校准”功能应当考虑两方面的校准:其一是零点校准,通常电子秤都是采用一个旋钮来调节电阻应变片的,本题由于测量范围较小,可以考虑使用软件方法自动调节;其二是线性度校准,由于重力常数G与地理位置相关,可以增加自动校准线性度参数的功能使之适应不同的工作环境。
根据上述课题分析结果,我们了具有“输入自适应”特点的电子秤系统,。
压力传感器
差分放大INA333
低通滤波器
缓冲放大器
VREF
ADS1110
PGA
ADC
LaunchPadMSP430
F5529
矩阵键盘
液晶显示
低噪声电源
系统框图
先通过第一级差分放大将从传感器获得的差分信号放大到足够的倍数;第二级是一个低通滤波器,用于去除交流信号干扰;第三级是辅助放大器,它与ADC内部的PGA相匹配,使信号适应ADC的测量范围。
由于信号幅度很小,对噪声抑制要求很高,为了减小放大器噪声,本系统使用了低噪声电源来减小干扰。
关于“输入自适应”:控制器MSP430F5529通过对ADS1110内部PGA的编程,针对大小不同的输入信